JP2002121704A

JP2002121704A - 斜材ケーブル制振装置

Info

Publication number: JP2002121704A
Application number: JP2000317775A
Authority: JP
Inventors: Tatsuji Nakano; 龍児中野; Ryuta Katamura; 立太片村; Yoshinori Matsunaga; 義憲松永
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2000-10-18
Filing date: 2000-10-18
Publication date: 2002-04-26

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の拘束／解放型斜材ケーブル制振装置で
は、ケーブル即ち吸着板と磁気回路の間の拘束／解放に
より、解放時に安定した高次振動モードの振動が発生す
ることにより、制振効果を得ていたが、磁気回路を使用
せず等価質量のみで制振効果を得ることを課題とする。【解決手段】ハウジング（回転慣性Ih）の片側に底板
（回転慣性Iu）を取着し、この底板にボールベアリング
を介してシャフトを貫通させる。この底板と反対側に、
ボールナット（回転慣性In）を取着しボールねじを貫通
させる。シャフトとボールねじのハウジング外の先端
を、斜材ケーブルと斜材ケーブルの定着部近傍の固定部
の間に設置して斜材ケーブルの制振装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、斜張橋等の斜材
ケーブルの風による振動を低減するための制振装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】斜張橋の斜材ケーブルは100m〜200mと長
いため、風により振動し易く、振動時には疲労による損
傷や、利用者に与える不安感が懸念されている。従っ
て、従来より斜材ケーブルの振動を抑制する技術が考案
されてきた。

【０００３】斜張橋斜材ケーブルの振動を抑制する従来
技術としては、斜材ケーブル１同士をワイヤ１６で連結
しケーブル１の相互の干渉により振動を抑制するもの
（図６参照）や、ケーブルの定着部にオイルダンパ１７
や粘性剪断型ダンパを取り付けたものがある。（図７参
照）このような制振手段では、ある程度の振動減衰効果
が期待できるものの、ケーブルが長くなると十分な制振
効果が期待できなかった。

【０００４】またワイヤ１６でケーブル１同士を結び付
ける方法では、ワイヤ１６に疲労損傷を来す虞があり、
またワイヤが美観上問題となる。ケーブル１の定着部に
ダンパ１７を用いる場合には、定着部不付近でのケーブ
ルの振動振幅が非常に小さいため、十分な振動減衰効果
は期待できない。さらにウエイクギャロッピングと呼ば
れる振動に対しては、ダンパにより減衰を付加しても振
動が発現する風速を高くすることは可能であるが、振動
を抑えることはできない。

【０００５】このような問題点を解決するため、ケーブ
ルの拘束／解放を行うことによりケーブルの振動のモー
ドを変化させて制振を行う方法と、これを実現する手段
として、セミアクティブに制御を行う装置（特開平8-32
6013号公報参照）が提案されている。さらに、同様の方
法をパッシブに実現するため、磁石を用いた制振装置
（特許第2993403 号参照）が提案されている。また、磁
石を用いた制振装置の具体的な装置の形（特願平11-239
531 号参照）も提案されている。

【０００６】特願平11-239531 号記載の発明の概略は、
次の通りである。（図８参照）即ち該発明は、磁性体と磁石間の吸引力を利用して、斜
材ケーブルの一部で斜材ケーブルの振動を拘束し、吸引
力と逆向きの振動時の力を利用して、拘束を解放するこ
とにより、斜材ケーブルの振動のモードを変化させ、効
果的に、簡単に斜材ケーブルの振動を抑制するものであ
る。

【０００７】図８は特願平11-239531 号で開示された制
振装置であり、磁性体よりなる吸着板２１を有する非磁
性体のシャフト２２の一端が、非磁性体のハウジングの
上蓋板１８から突出し、斜材ケーブルに固定され、他端
が非磁性体の底板１８のボス孔に出没自在に嵌合し、底
板１８が斜張橋の桁に固定されるように形成される。こ
のような構造で吸着板２１がピストンに相当し、その吸
着板２１の下に永久磁石１９とヨーク２０からなる磁気
回路を内蔵させる。

【０００８】斜材ケーブルの振動は、一種の自励振動と
考えられる。風による斜材ケーブルに作用する力が小さ
く、その振動が一定振動振幅以下のときは、吸着板２１
が磁石１９に吸引されて斜材ケーブルは、風によって揺
れ易い低次の振動モード（不安定モード）で振動してい
るが、風の強さが大きくなると、斜材ケーブルに磁石１
９の吸引力よりも大きな力が作用し、この力が磁石１９
の吸引力と逆方向のとき、吸着板は磁石１９の拘束から
解放される。この時、斜材ケーブルに風によって揺れ難
い高次の振動モード（安定モード）が発生して不安定な
低次モードは低減されて、振動振幅は小さくなる。図９
（ａ）は、斜材ケーブルが全く振動していない状態で、
Ａは制振装置の定着点を示す。図９（ｂ）は、風によっ
てケーブルに振動が発生したものの、まだ振幅が小さい
ために制振装置の吸着板２１が磁石１９に吸引されたま
ま不安定な低次モードで、斜材ケーブルが振動している
状況を示す。図９（ｃ）は、振幅が大きくなって、磁石
１９が吸着板２１の拘束を解放し、新たに安定な高次の
振動モードが発生したことを示す。図９（ｄ）は、発生
した高次の振動が、直ちに消滅し全体の振動が減衰して
再び拘束された状況を示した図である。このようにし
て、吸着板２１が磁気回路と上蓋板１８の間を往復運動
しながら、不安定な低次モードの振動エネルギを安定な
高次モードの振動へ移行させることにより、振動の成長
を抑制し、また定常的な振動を低減し、振動を早期に減
衰させることができるというものである。

【０００９】斜材ケーブルに固定した吸着板の拘束／解
放を繰り返すことにより、風や地震による振動が抑制で
きるほか、風による振動の一種であるウェイクギャロッ
ピング、レインバイブレーション等の振動が抑制でき
る。また、装置は磁性体と永久磁石１９のみから構成さ
れるため、動力なしで斜材ケーブルの振動抑制が行え
る。

【００１０】しかしこのような装置では、気温や日照の
変化などにより、重力方向のケーブルの弛み量（サグ
量）が変化すると、ケーブルと磁石１９の間のギャップ
量が変化するため、装置の制振性能が変化してしまうと
いう欠点があった。そこで特願2000-151277 号では、こ
の拘束／解放切り替え型の制振装置において、ケーブル
のサグ量の変化に対してもケーブルと磁石の間のギャッ
プ量を一定に保ち、制振性能を一定に維持するサグ変化
対策機構が開発された。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ここで、斜張橋の斜材
ケーブルの振動は固有振動数の低い正弦波状の低次振動
モードで発生するため、何らかの方法でケーブルの振動
モードの形状を変えれば、空力的安定性が増し風による
自励振動が発生しにくくなる。ケーブルの振動モードを
変える方法としては、ケーブルの端部付近に大きな質量
を付加することが考えられる。しかしながら、ケーブル
に巨大な質量を付加することは現実的でないので、回転
慣性質量と直動／回転運動変換機構を組み合わせて疑似
的に質量を付加してケーブルの振動モードの形状を変化
させる制振装置を提供することを課題とする。従来技術
では、磁石などを用いてケーブルの変位を拘束／解放す
ることで振動を乱し、振動中に高次の振動モードを発生
させて制振する方法であった。これに対して恒常的に等
価質量のみを付加して、振動モード自体を変化させて、
振動を抑制し装置を簡素化する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１は、斜材ケーブ
ルと該斜材ケーブルの定着部近傍の固定部の間に設置さ
れる斜材ケーブル制振装置であり、前記斜材ケーブルと
固定部を結ぶ軸方向に直動／回転運動変換機構を配設
し、該変換機構に回転慣性質量を付加し、前記斜材ケー
ブルに振動が発生して前記軸方向に変位が生じた場合、
前記回転慣性質量が回転することでケーブルに仮想的な
質量を付加し、斜材ケーブルの振動モードを変化させて
振動を抑制することを特徴とする斜張橋斜材ケーブル制
振装置を要旨とする。

【００１３】請求項２は、ハウジングの底板部にベアリ
ングを介してシャフトを貫通させ、該シャフト貫通側と
反対側にボールナットまたはボールねじを固着し、該ボ
ールナットまたはボールねじに、ボールねじまたはボー
ルナットを螺合し該ボールねじまたはボールナットの先
端と、前記シャフトを斜材ケーブルと該斜材ケーブルの
定着部近傍の固定部の間に設置してなることを特徴とす
る斜張橋斜材ケーブル制振装置を要旨とする。

【００１４】請求項３は、斜材ケーブルと斜材ケーブル
の定着部近傍の固定部の間に設置され、斜材ケーブルに
装置を設置した軸方向に摺動する手段を設け、該摺動手
段にラックを載せ、該ラックに軸と直角方向の回転手段
を設けたシャフトに前記ラックと噛み合うピニオンを設
け、前記シャフトに回転円盤を取着し回転部分を構成
し、斜材ケーブルの振動に応じてラックがピニオンを回
転させてなることを特徴とする斜張橋斜材ケーブル制振
装置を要旨とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下図面に基づいて、本願発明の
実施の形態を説明する。図１は、本願発明の斜張橋斜材
ケーブルの一実施例を示す。ハウジング４（回転慣性I
h）の片側に底板５（回転慣性Iu）を取着し、この底板
５にボールベアリング６を介してシャフト７を貫通させ
る。この底板５と反対側に、ボールナット８（回転慣性
In）を取着しボールねじ９を貫通させる。シャフト７と
ボールねじ９のハウジング外の先端を、斜材ケーブルと
斜材ケーブル１の定着部近傍の固定部２の間に設置して
斜材ケーブルの制振装置とする。

【００１６】等価質量とは直動／回転運動変換機構を組
み合わせて疑似的に作用する質量を言う。ケーブル振動
時には、回転慣性が回転し、その慣性力の反作用として
ケーブルにはケーブルの加速度に比例した力が作用する
がこの比例定数が等価質量である。

【００１７】したがって、ケーブル静止時には加速度が
０であるためケーブルにこの反力は作用せず振動時のみ
反力が作用する。つまり、振動時のみ質量が付加された
のと同様の効果が得られる。慣性モーメントをＩ、ボー
ルねじ９のリードをｌとした場合にケーブルに付加され
る等価質量ｍｅは次式で決まる。この式より、リードｌ
を小さくすることで、等価質量ｍｅを大きくすることが
できることが分かる。

【００１８】ｍｅ＝Ｉ・（２π／ｌ）² 図１では、ボールねじのナット８、ハウジング４及び底
板５が回転するので慣性モーメントをそれぞれIn、Ih及
びIuとすると、 I ＝In＋Ih＋Iu である。

【００１９】図２は、本願発明の制振装置を斜張橋斜材
ケーブルに設置した図である。次にその作用を説明す
る。ケーブル１に振動が発生すると、装置設置位置での
ケーブル１の軸直角方向の変位は、ボールねじ９とナッ
ト８によって回転運動に変換される。そこで図１の制振
装置の灰色に着色した部分がボールねじ９のリードに応
じた角速度で回転する。この回転部はシャフト７の軸方
向荷重を支持しながら回転に抵抗しない機構（ここでは
ボールべアリング６）によって滑らかに回転する。この
回転運動によって、前記ｍｅに相当する等価質量が装置
設置位置に於いてケーブルの振動中のみケーブルに付加
されたのと同様の効果が得られる。この等価質量の影響
で、ケーブルの振動モードが装置を取付けない場合と比
べて変化するため、ケーブルの振動が抑制される。等価
質量ｍｅの付加によるケーブルの振動モードが変化する
様子を、図４、図５に示す。図４は等価質量の付加がな
い場合のケーブルの振動モードてあり、正弦波形状をし
ている。これに対して、一例としてケーブルの長さに対
して端から3%の位置に、ケーブル総質量の５倍の等価質
量を付加した場合の振動モード形状を図５に示す。図中
○印は、制振装置の位置を示す。この図から分かるよう
に、付加質量効果によって、ケーブルの低次（ここでは
１次〜３次）のモードの形状が大きく変わっていること
が分かる。このようにモードの形状を正弦波から変化さ
せることでケーブルが揺れにくくなる。

【００２０】このような装置の特徴としては、オイルや
粘弾性体を用いないために耐久性や温度特性が安定し、
ランニングコストが小さく抑えられるとともに、構造が
簡素であるため低コストで製作できる。

【００２１】図３は、図１に示すボールナット８、ハウ
ジング４、底板５によって回転慣性を得る装置に代えて
ラック１０、ピニオン１４、によって直動するリニヤガ
イド１１に案内されて回転する回転円盤を回転慣性とす
るバリエーションの一例で、ケーブル１と定着部付近の
固定部２の間に設置したラック・ピニオン型の斜張橋斜
材ケーブル制振装置である。回転円盤１２の慣性モーメ
ント、ピニオン１４の慣性モーメント、シャフト１３の
慣性モーメントをそれぞれId、Ip、Isとすると、 I ＝Id＋Ip＋Is となり、ピニオン１９の半径をr とすると、この場合の
等価質量ｍｅは、ｍｅ＝Ｉ／ｒ² となる。

【００２２】

【発明の効果】従来の斜材ケーブルの制振装置（例えば
登録番号第2993403 号、特願平11-239531 号等参照）で
示した装置では、ケーブルのサグ量の変化によりケーブ
ルと磁気回路との間のギャップ量が変わり、装置の制振
性能が変化してしまう。また特願2000-151277 号では、
ケーブルのサグ量の変化に対してもケーブルと磁石との
間のギャップ量は常時は一定値０に確保され、制振装置
の性能を一定に確保することができるが、磁気回路を使
用するという煩わしさがある。本発明によれば、磁気回
路を用いる煩わしさがなく簡素でコストの低い装置で、
制振装置の性能を一定に確保することができる。また回
転慣性等価質量の大きさを適当に設定することにより、
回転慣性の運動を利用して、制振性能を更に向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の斜張橋斜材ケーブルの一実施例を示
す。

【図２】本願発明の制振装置を斜張橋斜材ケーブルに設
置した図である。

【図３】図１に示すボールナット、ハウジング、底板に
よって回転慣性を得る装置に代えてラック、ピニオン、
によって直動するリニヤガイドに案内されて回転する回
転円盤を回転慣性とするバリエーションの一例で、ケー
ブルと定着部付近の固定部の間に設置したラック・ピニ
オン型の斜張橋斜材ケーブル制振装置の図である。

【図４】等価質量の付加がない場合のケーブルの振動モ
ードてあり、正弦波形状をしている。

【図５】一例としてケーブルの長さに対して端から3%の
位置に、ケーブル総質量の５倍の等価質量を付加した場
合の振動モード形状を示す図である。（図中○印は、制
振装置の位置を示す。）

【図６】斜材ケーブル同士をワイヤで連結しケーブルの
相互の干渉により振動を抑制するものの図である。

【図７】ケーブルの定着部にオイルダンパや粘性剪断型
ダンパを取り付けたものの図である。

【図８】特願平11-239531 号で開示された拘束／解放型
制振装置の断面を示す図である。

【図９】（ａ）は、斜材ケーブルが全く振動していない
状態で、Ａは制振装置の定着点を示す。（ｂ）は、風に
よってケーブルに振動が発生したものの、まだ振幅が小
さいために制振装置の吸着板が磁石に吸引されたまま不
安定な低次モードで、斜材ケーブルが振動している状況
を示す。（ｃ）は、振幅が大きくなって、磁石が吸着板
の拘束を解放し、新たに安定な高次の振動モードが発生
したことを示す。（ｄ）は、発生した高次の振動が、直
ちに消滅し全体の振動が減衰して再び拘束された状況を
示した図である。

【符号の説明】

１……斜材ケーブル、２……定着部付近の固定部、３…
…斜張橋斜材ケーブル制振装置、４……ハウジング、５
……底板、６……ボールベアリング、７……シャフト、
８……ボールナット、９……ボールねじ、１０……ラッ
ク、１１……ガイド部、１２……回転円盤、１３……シ
ャフト、１４……ピニオン、１５……リニヤガイド、１
６……ワイヤ、１７……粘性ダンパ、１８……上蓋板／
底板、１９……永久磁石、２０……ヨーク、２１……吸
着板、２２……シャフト

フロントページの続き (72)発明者松永義憲東京都港区元赤坂１丁目２番７号鹿島建設株式会社内Ｆターム(参考） 2D059 AA41 BB08 GG12 3J048 AD07 AD10 BF20 EA39

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】斜材ケーブルと該斜材ケーブルの定着部
近傍の固定部の間に設置される斜材ケーブル制振装置で
あり、前記斜材ケーブルと固定部を結ぶ軸方向に直動／
回転運動変換機構を配設し、該変換機構に回転慣性質量
を付加し、前記斜材ケーブルに振動が発生して前記軸方
向に変位が生じた場合、前記回転慣性質量が回転して、
斜材ケーブルの振動モードを変化させて振動を抑制する
ことを特徴とする斜材ケーブル制振装置。
【請求項２】ハウジングの底板部にベアリングを介し
てシャフトを貫通させ、該シャフト貫通側と反対側にボ
ールナットまたはボールねじを固着し、該ボールナット
またはボールねじに、ボールねじまたはボールナットを
螺合し該ボールねじまたはボールナットの先端と、前記
シャフトを斜材ケーブルと該斜材ケーブルの定着部近傍
の固定部の間に設置してなることを特徴とする斜材ケー
ブル制振装置。
【請求項３】斜材ケーブルと斜材ケーブルの定着部近
傍の固定部の間に設置され、斜材ケーブルに装置を設置
した軸方向に摺動する手段を設け、該摺動手段にラック
を載せ、該ラックに軸と直角方向の回転手段を設けたシ
ャフトに前記ラックと噛み合うピニオンを設け、前記シ
ャフトに回転円盤を取着し回転部分を構成し、斜材ケー
ブルの振動に応じてラックがピニオンを回転させてなる
ことを特徴とする斜材ケーブル制振装置。